Pentru a înțelege originea domeniului și caracteristicile sale, este necesar să înțelegeți multe fenomene naturale. Pentru a spune simplu, acest fenomen este o formă specială de materie creată de magneți. Mai mult, sursele camp magnetic pot exista relee, generatoare de curent, motoare electrice etc.
Puțină istorie
Înainte de a intra mai adânc în istorie, merită să cunoaștem definiția unui câmp magnetic: MF este Câmp de forță, care afectează sarcinile electrice și corpurile în mișcare. În ceea ce privește fenomenul magnetismului, acesta se întoarce în trecutul profund, în perioada de glorie a civilizațiilor din Asia Mică. Pe teritoriul lor, în Magnezia, au fost găsiți stânci care erau atrași unul de celălalt. Au fost numite după zona din care au provenit.
Cu siguranță este greu de spus cine a descoperit conceptul de câmp magnetic. Cu toate acestea, în începutul XIX secolul, H. Oersted a efectuat un experiment și a descoperit că dacă un ac magnetic este plasat lângă un conductor și trece un curent prin el, săgeata va începe să devieze. Dacă se ia un cadru cu curent, atunci câmpul său este afectat de un câmp extern.
In ceea ce priveste opțiuni moderne, magneții folosiți la fabricarea diferitelor produse pot afecta funcționarea stimulatoarelor cardiace electronice și a altor dispozitive din cardiologie.
Fier de călcat standard și magneți de ferită aproape nu provoacă probleme, deoarece sunt caracterizate de rezistență scăzută. Cu toate acestea, relativ recent au apărut magneți mai puternici - aliaje de neodim, bor și fier. Sunt argintii strălucitori și câmpul lor este foarte puternic. Sunt utilizate în următoarele industrii:
- Cusut.
- Alimente.
- Fabricarea mașini-unelte.
- Spațiu, etc.
Definirea conceptului și afișarea grafică
Magneții, care sunt prezentați sub formă de potcoavă, au două capete - doi poli. În aceste locuri apar cele mai pronunțate proprietăți atractive. Dacă atârnați un magnet pe o sfoară, un capăt va îndrepta întotdeauna spre nord. Funcționarea busolei se bazează pe acest principiu.
Polii magnetici pot interacționa între ei: ca polii se resping, spre deosebire de polii se atrag. În jurul acestor magneți apare un câmp corespunzător, care este similar cu unul electric. Este de menționat că este imposibil să se determine câmpul magnetic cu simțurile umane.
Câmpul magnetic și caracteristicile sale sunt adesea afișate sub formă de grafice folosind linii de inducție. Termenul înseamnă că există drepte ale căror tangente converg cu vectorul de inducție magnetică. Acest parametru constă din proprietățile câmpului magnetic și servește ca factor determinant în puterea și direcția acestuia.
Dacă câmpul este super intens, atunci vor fi mult mai multe linii.
Conceptul de câmp magnetic sub forma unei imagini:
Conductoarele drepte care transportă curent electric au linii sub forma unui cerc concentric. Al lor Partea centrală va fi plasat pe linia centrală a conductorului. Liniile magnetice sunt direcționate conform regulii gimletului: elementul de tăiere este înșurubat astfel încât să îndrepte în direcția curentului, iar mânerul să fie în direcția liniilor.
Câmpul care este creat de o sursă poate avea puteri diferite în medii diferite. Totul datorită parametrilor magnetici ai mediului și, mai precis, permeabilității magnetice absolute, care se măsoară în Henry pe metru (g/m). Alți parametri de câmp sunt constanta magnetică - permeabilitatea totală la vid și constanta relativă.
Permeabilitate, tensiune și inducție
Permeabilitatea este o valoare adimensională. Mediile care au o permeabilitate mai mică de unu se numesc diamagnetice. Câmpul din ele nu este mai puternic decât în vid. Aceste elemente includ apa, sare de masă, bismut, hidrogen. Substanțele cu permeabilitate peste unitate se numesc paramagnetice. Acestea includ:
- Aer.
- Litiu.
- Magneziu.
- Sodiu.
Permeabilitatea magnetică a materialelor diamagnetice și paramagnetice nu depinde de factori precum tensiunea câmpului extern. Mai simplu spus, această valoare este constantă pentru un anumit mediu.
Feromagneții aparțin unui grup separat. Permeabilitatea lor magnetică poate ajunge la câteva mii. Astfel de substanțe sunt capabile să magnetizeze activ și să mărească câmpul. Feromagneții sunt folosiți pe scară largă în inginerie electrică.
Experții descriu relația dintre intensitatea câmpului extern și inducerea magnetică a feromagneților folosind o curbă de magnetizare, adică grafice. Acolo unde graficul curbei se îndoaie, rata de creștere a inducției scade. După îndoire, când se atinge o anumită valoare, apare saturația, iar curba crește ușor, apropiindu-se de valorile liniei drepte. În acest moment există o creștere a inducției, dar destul de mică. Pentru a rezuma, putem spune că graficul relației dintre tensiune și inducție nu este un subiect constant și că permeabilitatea unui element depinde de câmpul exterior.
Puterea câmpului
O altă caracteristică importantă a MF este tensiunea, care este utilizată împreună cu vectorul de inducție. Această definiție este un parametru vectorial. Determină intensitatea câmpului extern. Câmpurile puternice ale feromagneților pot fi explicate prin prezența unor elemente mici în ei, care par a fi magneți mici.
Dacă o componentă feromagnetică nu are un câmp magnetic, atunci poate să nu aibă proprietăți magnetice deoarece câmpurile de domeniu vor avea orientări diferite. Având în vedere caracteristicile, puteți plasa un feromagnet într-un câmp magnetic extern, de exemplu, într-o bobină cu curent, moment în care domeniile își vor schimba poziția în direcția câmpului. Dar dacă MF extern este prea slab, atunci doar un număr mic de domenii care sunt aproape de el se schimbă.
Pe măsură ce câmpul exterior crește în putere, totul număr mai mare domeniile vor începe să se rotească în direcția sa. Odată ce toate domeniile se rotesc, va apărea o nouă definiție - saturația magnetică.
Schimbări de câmp
Curba de magnetizare nu converge cu curba de demagnetizare în momentul în care puterea curentului crește până la saturația sa în bobina cu un feromagnet. Opusul se întâmplă cu intensitate zero, adică inducția magnetică va conține alți indicatori, care se numesc inducție reziduală. Dacă inducția rămâne în urmă forței de magnetizare, atunci aceasta se numește histerezis.
Pentru a obține o demagnetizare absolută a miezului feromagnetului din bobină, este necesar să se dea un curent direcție inversă, creând astfel tensiunea dorită.
Elementele feromagnetice diferite necesită lungimi diferite. Cu cât un astfel de segment este mai mare, cu atât mai multă energie necesare pentru demagnetizare. Când o componentă este complet demagnetizată, va ajunge la o stare numită coercivitate.
Dacă continuați să creșteți curentul în bobină, atunci la un moment dat inducția va atinge din nou o stare de saturație, dar cu o poziție diferită a liniilor. La demagnetizarea în cealaltă direcție, apare inducția reziduală. Acest lucru poate fi util în producerea unui magnet permanent. Detalii care au abilitate bună la inversarea magnetizării, sunt utilizate în inginerie mecanică.
Regulile lui Lenz, mâna stângă și dreaptă
Conform legii mâinii stângi, puteți afla cu ușurință direcția curentului. Deci, atunci când instalați mâna, când liniile magnetice sunt lăsate în palmă și 4 degete indică direcția curentului în conductor, deget mare va arăta direcția forței. O astfel de forță va fi direcționată perpendicular pe curent și pe vectorul de inducție.
Un conductor care se mișcă în MP se numește prototip motor electric când energia electrică este transformată în energie mecanică. Când conductorul se mișcă în MP, în interiorul acestuia se generează o forță electromotoare, care are indicatori proporționali cu inducția, lungimea folosită și viteza de mișcare. Această relație se numește inducție electromagnetică.
Pentru a determina direcția EMF, utilizați regula mana dreapta: de asemenea, este poziționat în așa fel încât liniile să pătrundă în palmă, în timp ce degetele vor arăta unde este îndreptat EMF indus, iar degetul mare va direcționa mișcarea conductorului. Un conductor care se mișcă în MP sub influența forței mecanice este considerat o versiune simplificată a unui generator electric, în care energia mecanică este convertită în energie electrică.
Când un magnet este introdus în bobină, fluxul magnetic în circuit crește, iar MF, care este creat de curentul indus, este direcționat împotriva creșterii fluxului magnetic. Pentru a determina direcția, trebuie să vă uitați la magnetul din câmpul de nord.
Dacă un conductor este capabil să creeze cuplare de flux atunci când electricitatea trece prin el, atunci aceasta se numește inductanța conductorului. Această caracteristică este una dintre principalele atunci când se menționează circuitele electrice.
Câmpul Pământului
Planeta Pământ în sine este un magnet mare. Este înconjurat de o sferă în care predomină forțele magnetice. O parte considerabilă a cercetătorilor științifici susțin că câmpul magnetic al Pământului a apărut din miez. Are o înveliș lichidă și o compoziție internă solidă. Deoarece planeta se rotește, în partea lichidă apar curenți nesfârșiti, iar mișcarea sarcinilor electrice creează un câmp în jurul planetei care servește ca o barieră de protecție împotriva particulelor cosmice dăunătoare, de exemplu, de la vântul solar. Câmpul schimbă direcția particulelor, trimițându-le de-a lungul liniilor.
Pământul se numește dipol magnetic. Polul Sud este situat pe Polul Nord geografic, iar MP Nord, dimpotrivă, este situat pe Polul Sud geografic. În realitate, polii nu coincid nu numai în locație. Faptul este că axa magnetică se înclină față de axa de rotație a planetei cu 11,6 grade. Din cauza acestei mici diferențe, devine posibil să folosiți o busolă. Acul instrumentului va îndrepta exact către Polul Sud Magnetic și ușor distorsionat către Polul Nord Geografic. Dacă o busolă ar fi existat acum 730 de mii de ani, ar fi indicat atât Polul Nord magnetic, cât și Polul Nord normal.
Un câmp magnetic este o formă specială de materie care este creată de magneți, conductori cu curent (particule încărcate în mișcare) și care poate fi detectat prin interacțiunea magneților, conductori cu curent (particule încărcate în mișcare).
Experiența lui Oersted
Primele experimente (realizate în 1820) care au arătat că există o legătură profundă între fenomenele electrice și magnetice au fost experimentele fizicianului danez H. Oersted.
Un ac magnetic situat în apropierea unui conductor se rotește printr-un anumit unghi atunci când curentul din conductor este pornit. Când circuitul este deschis, săgeata revine la poziția inițială.
Din experiența lui G. Oersted rezultă că în jurul acestui conductor există un câmp magnetic.
Experiența lui Ampere
Două conductoare paralele care poartă electricitate, interacționează între ele: se atrag dacă curenții sunt în aceeași direcție și se resping dacă curenții sunt în sens opus. Acest lucru se întâmplă din cauza interacțiunii câmpurilor magnetice care apar în jurul conductorilor.
Proprietățile câmpului magnetic
1. Material, adică există independent de noi și de cunoștințele noastre despre el.
2. Creat de magneți, conductori cu curent (particule încărcate în mișcare)
3. Detectat prin interacțiunea magneților, conductorilor cu curentul (particulele încărcate în mișcare)
4. Acționează asupra magneților, conductoarelor purtătoare de curent (particulele încărcate în mișcare) cu o oarecare forță
5. Nu există încărcături magnetice în natură. Este imposibil să se separe nordul și polul Sud s și obțineți un corp cu un singur pol.
6. Motivul pentru care corpurile au proprietăți magnetice a fost găsit de omul de știință francez Ampere. Ampere a prezentat concluzia că proprietățile magnetice ale oricărui corp sunt determinate de curenții electrici închisi din interiorul acestuia.
Acești curenți reprezintă mișcarea electronilor în jurul orbitelor unui atom.
Dacă planurile în care circulă acești curenți sunt situate aleatoriu unul în raport cu celălalt datorită mișcării termice a moleculelor care alcătuiesc corpul, atunci interacțiunile lor sunt compensate reciproc și corpul nu prezintă nicio proprietate magnetică.
Și invers: dacă planurile în care se rotesc electronii sunt paralele între ele și direcțiile normalelor către aceste planuri coincid, atunci astfel de substanțe sporesc câmpul magnetic extern.
7. Forțele magnetice acționează într-un câmp magnetic în anumite direcții, care se numesc linii de forță magnetice. Cu ajutorul lor, puteți afișa în mod convenabil și clar câmpul magnetic într-un anumit caz.
Pentru a descrie mai exact câmpul magnetic, s-a convenit ca în acele locuri în care câmpul este mai puternic, liniile câmpului să fie arătate mai dense, adică mai aproape unul de altul. Și invers, în locurile în care câmpul este mai slab, sunt afișate mai puține linii de câmp, adică. localizat mai rar.
8. Câmpul magnetic este caracterizat de vectorul de inducție magnetică.
Vectorul de inducție magnetică este o mărime vectorială care caracterizează câmpul magnetic.
Direcția vectorului de inducție magnetică coincide cu direcția polului nord al acului magnetic liber într-un punct dat.
Direcția vectorului de inducție a câmpului și puterea curentului I sunt legate de „regula șurubului din dreapta”:
dacă înșurubați un braț în direcția curentului din conductor, atunci direcția vitezei de mișcare a capătului mânerului său într-un punct dat va coincide cu direcția vectorului de inducție magnetică în acest punct.
Un câmp magnetic- acesta este mediul material prin care are loc interacțiunea între conductori cu sarcini curente sau în mișcare.
Proprietățile câmpului magnetic:
Caracteristicile câmpului magnetic:
Pentru a studia câmpul magnetic, se folosește un circuit de testare cu curent. Este de dimensiuni mici, iar curentul din el este mult mai mic decât curentul din conductorul care creează câmpul magnetic. Pe părțile opuse ale circuitului purtător de curent, acționează forțe din câmpul magnetic care sunt egale ca mărime, dar direcționate în direcții opuse, deoarece direcția forței depinde de direcția curentului. Punctele de aplicare a acestor forțe nu se află pe aceeași linie dreaptă. Astfel de forțe sunt numite câteva forțe. Ca urmare a acțiunii unei perechi de forțe, circuitul nu se poate mișca translațional; se rotește în jurul axei sale. Acţiunea de rotaţie este caracterizată cuplu.
, Unde l–valorifică câteva forțe(distanța dintre punctele de aplicare a forțelor).
Pe măsură ce curentul din circuitul de testare sau zona circuitului crește, cuplul perechii de forțe va crește proporțional. Raportul dintre momentul maxim de forță care acționează asupra circuitului cu curent și mărimea curentului din circuit și aria circuitului este o valoare constantă pentru un punct dat din câmp. Se numeste inducție magnetică.
, Unde
-moment magnetic circuit cu curent.
Unitate inducție magnetică - Tesla [T].
Momentul magnetic al circuitului– mărime vectorială, a cărei direcție depinde de direcția curentului din circuit și este determinată de regula cu șurub drept: strângeți mâna dreaptă într-un pumn, îndreptați patru degete în direcția curentului din circuit, apoi degetul mare va indica direcția vectorului moment magnetic. Vectorul momentului magnetic este întotdeauna perpendicular pe planul conturului.
In spate direcția vectorului de inducție magnetică se ia directia vectorului momentului magnetic al circuitului, orientat in camp magnetic.
Linie de inducție magnetică– o dreaptă a cărei tangentă în fiecare punct coincide cu direcția vectorului de inducție magnetică. Liniile de inducție magnetică sunt întotdeauna închise și nu se intersectează niciodată. Liniile de inducție magnetică ale unui conductor drept cu curent au forma unor cercuri situate într-un plan perpendicular pe conductor. Direcția liniilor de inducție magnetică este determinată de regula șurubului din dreapta. Linii de inducție magnetică de curent circular(turnările cu curent) au și formă de cercuri. Fiecare element bobină are lungimea
poate fi imaginat ca un conductor drept care își creează propriul câmp magnetic. Pentru câmpurile magnetice se aplică principiul suprapunerii (adăugarea independentă). Vectorul total de inducție magnetică a curentului circular este determinat ca rezultat al adunării acestor câmpuri în centrul spirei conform regulii șurubului din dreapta.
Dacă mărimea și direcția vectorului de inducție magnetică sunt aceleași în fiecare punct al spațiului, atunci câmpul magnetic se numește omogen. Dacă mărimea și direcția vectorului de inducție magnetică în fiecare punct nu se modifică în timp, atunci un astfel de câmp se numește permanent.
Magnitudinea inducție magneticăîn orice punct al câmpului este direct proporțională cu puterea curentului în conductorul care creează câmpul, invers proporțional cu distanța de la conductor până la un punct dat din câmp, depinde de proprietățile mediului și de forma conductorului care creează campul.
, Unde
ON 2 ; Gn/m – constanta magnetică a vidului,
-permeabilitatea relativă magnetică a mediului,
-permeabilitatea magnetică absolută a mediului.
În funcție de valoarea permeabilității magnetice, toate substanțele sunt împărțite în trei clase:
Pe măsură ce permeabilitatea absolută a mediului crește, crește și inducția magnetică într-un anumit punct al câmpului. Raportul dintre inducția magnetică și permeabilitatea magnetică absolută a mediului este o valoare constantă pentru un punct poli dat, e se numește tensiune.
.
Vectorii tensiunii și inducția magnetică coincid în direcție. Intensitatea câmpului magnetic nu depinde de proprietățile mediului.
Putere amperi– forţa cu care acţionează câmpul magnetic asupra unui conductor purtător de curent.
Unde l- lungimea conductorului, - unghiul dintre vectorul de inducție magnetică și direcția curentului.
Direcția forței Ampere este determinată de regula mana stanga: mâna stângă este poziționată astfel încât componenta vectorului de inducție magnetică, perpendicular pe conductor, să intre în palmă, patru degete întinse sunt îndreptate de-a lungul curentului, apoi degetul mare îndoit cu 90 0 va indica direcția forței Amperi.
Rezultatul forței Ampere este mișcarea conductorului într-o direcție dată.
E dacă = 90 0 , atunci F=max, dacă = 0 0 , atunci F = 0.
forța Lorentz– forța câmpului magnetic asupra unei sarcini în mișcare.
, unde q este sarcina, v este viteza mișcării sale, - unghiul dintre vectorii de tensiune si viteza.
Forța Lorentz este întotdeauna perpendiculară pe vectorii de inducție și viteză magnetică. Direcția este determinată de regula mana stanga(degetele urmăresc mișcarea sarcinii pozitive). Dacă direcția vitezei particulei este perpendiculară pe liniile de inducție magnetică ale unui câmp magnetic uniform, atunci particula se mișcă într-un cerc fără a-și modifica energia cinetică.
Deoarece direcția forței Lorentz depinde de semnul sarcinii, este folosită pentru a separa sarcinile.
Flux magnetic– o valoare egală cu numărul de linii de inducție magnetică care trec prin orice zonă situată perpendicular pe liniile de inducție magnetică.
, Unde - unghiul dintre inductia magnetica si normala (perpendiculara) pe zona S.
Unitate– Weber [Wb].
Metode de măsurare a fluxului magnetic:
Schimbarea orientării site-ului într-un câmp magnetic (schimbarea unghiului)
Schimbarea ariei unui circuit plasat într-un câmp magnetic
Modificarea intensității curentului creând un câmp magnetic
Modificarea distanței circuitului față de sursa câmpului magnetic
Modificări ale proprietăților magnetice ale mediului.
F Araday a înregistrat un curent electric într-un circuit care nu conținea o sursă, dar era situat lângă un alt circuit care conținea o sursă. Mai mult, curentul din primul circuit a apărut în următoarele cazuri: cu orice modificare a curentului în circuitul A, cu deplasarea relativă a circuitelor, cu introducerea unei tije de fier în circuitul A, cu deplasarea relativă a unui magnet permanent. la circuitul B. Mișcarea dirijată a sarcinilor libere (curent) are loc numai în câmp electric. Aceasta înseamnă că se generează un câmp magnetic în schimbare câmp electric, care pune în mișcare sarcinile libere ale conductorului. Acest câmp electric se numește induse sau vârtej.
Diferențele dintre un câmp electric vortex și unul electrostatic:
Sursa câmpului vortex este un câmp magnetic în schimbare.
Liniile de intensitate a câmpului vortex sunt închise.
Munca efectuată de acest câmp pentru a muta o sarcină de-a lungul unui circuit închis nu este zero.
Caracteristica energetică a unui câmp de vortex nu este potențialul, dar fem indus– o valoare egală cu munca forțelor externe (forțe de origine neelectrostatică) pentru a deplasa o unitate de sarcină de-a lungul unui circuit închis.
.Măsurată în Volți[ÎN].
Un câmp electric vortex apare la orice modificare a câmpului magnetic, indiferent dacă există sau nu un circuit închis conducător. Circuitul permite doar detectarea câmpului electric vortex.
Inductie electromagnetica- aceasta este apariția FEM indusă într-un circuit închis cu orice modificare a fluxului magnetic prin suprafața sa.
FEM indusă într-un circuit închis generează un curent indus.
.
Direcția curentului de inducție determinat de regula lui Lenz: curentul indus este în așa direcție încât câmpul magnetic creat de acesta contracarează orice modificare a fluxului magnetic care a generat acest curent.
Legea lui Faraday pentru inducția electromagnetică: FEM indusă într-o buclă închisă este direct proporțională cu viteza de schimbare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de buclă.
T ok fuko– curenți turbionari de inducție care apar în conductoare mari plasate într-un câmp magnetic în schimbare. Rezistența unui astfel de conductor este scăzută, deoarece are o secțiune transversală mare S, astfel încât curenții Foucault pot fi mari ca valoare, în urma cărora conductorul se încălzește.
Auto-inducere- aceasta este apariția emf indusă într-un conductor atunci când puterea curentului din acesta se modifică.
Un conductor care transportă curent creează un câmp magnetic. Inducția magnetică depinde de puterea curentului, prin urmare fluxul magnetic intrinsec depinde și de puterea curentului.
, unde L este coeficientul de proporționalitate, inductanţă.
Unitate inductanță – Henry [H].
Inductanţă conductorul depinde de mărimea, forma și permeabilitatea magnetică a mediului.
Inductanţă crește odată cu creșterea lungimii conductorului, inductanța unei spire este mai mare decât inductanța unui conductor drept de aceeași lungime, inductanța unei bobine (un conductor cu un număr mare de spire) este mai mare decât inductanța unei spire. , inductanța unei bobine crește dacă se introduce o tijă de fier în ea.
Legea lui Faraday pentru auto-inducere:
.
EMF autoindusă este direct proporțională cu viteza de schimbare a curentului.
EMF autoindusă generează un curent de autoinducție, care împiedică întotdeauna orice modificare a curentului din circuit, adică dacă curentul crește, curentul de autoinducție este direcționat către partea opusă, când curentul din circuit scade, curentul de autoinducție este direcționat în aceeași direcție. Cu cât este mai mare inductanța bobinei, cu atât este mai mare fem-ul auto-inductiv care apare în ea.
Energia câmpului magnetic este egal cu munca pe care o face curentul pentru a depăși fem-ul auto-indus în timpul în care curentul crește de la zero la valoarea maximă.
.
Vibrații electromagnetice– acestea sunt schimbări periodice de sarcină, puterea curentului și toate caracteristicile câmpurilor electrice și magnetice.
Sistem oscilator electric(circuit oscilant) este format dintr-un condensator și un inductor.
Condiții pentru apariția oscilațiilor:
Sistemul trebuie scos din echilibru; pentru a face acest lucru, încărcați condensatorul. Energia câmpului electric al unui condensator încărcat:
.
Sistemul trebuie să revină la o stare de echilibru. Sub influența unui câmp electric, sarcina se transferă de la o placă a condensatorului la alta, adică apare un curent electric în circuit, care curge prin bobină. Pe măsură ce curentul crește în inductor, apare o fem de auto-inducție; curentul de auto-inducție este direcționat în direcția opusă. Când curentul din bobină scade, curentul de autoinducție este direcționat în aceeași direcție. Astfel, curentul de autoinducție tinde să readucă sistemul la o stare de echilibru.
Rezistența electrică a circuitului ar trebui să fie scăzută.
Circuit oscilator ideal nu are rezistență. Vibrațiile din el sunt numite gratuit.
Pentru orice circuit electric, legea lui Ohm este îndeplinită, conform căreia emf care acționează în circuit este egală cu suma tensiunilor din toate secțiunile circuitului. Nu există nicio sursă de curent în circuitul oscilator, dar în inductor apare o FEM auto-inductivă, care este egală cu tensiunea pe condensator.
Concluzie: sarcina condensatorului se modifică conform unei legi armonice.
Tensiunea condensatorului:
.
Puterea curentului în circuit:
.
Magnitudinea
- amplitudinea curentului.
Diferența față de taxa pe
.
Perioada de oscilații libere în circuit:
Energia câmpului electric al unui condensator:
Energia câmpului magnetic al bobinei:
Energiile câmpurilor electrice și magnetice variază după o lege armonică, dar fazele oscilațiilor lor sunt diferite: când energia câmpului electric este maximă, energia câmpului magnetic este zero.
Energia totală a sistemului oscilator:
.
ÎN contur ideal energia totală nu se modifică.
În timpul procesului de oscilație, energia câmpului electric este complet convertită în energia câmpului magnetic și invers. Aceasta înseamnă că energia în orice moment în timp este egală fie cu energia maximă a câmpului electric, fie cu energia maximă a câmpului magnetic.
Circuit oscilant real conţine rezistenţă. Vibrațiile din el sunt numite decolorare.
Legea lui Ohm va lua forma:
Cu condiția ca amortizarea să fie mică (pătratul frecvenței naturale a oscilațiilor este mult mai mare decât pătratul coeficientului de amortizare), decrementul logaritmic de amortizare este:
Cu amortizare puternică (pătratul frecvenței naturale a oscilației este mai mic decât pătratul coeficientului de oscilație):
Această ecuație descrie procesul de descărcare a unui condensator într-un rezistor. În absența inductanței, oscilațiile nu vor apărea. Conform acestei legi, se modifică și tensiunea de pe plăcile condensatorului.
Energie totalăîntr-un circuit real scade, deoarece căldura este eliberată în rezistența R în timpul trecerii curentului.
Proces de tranziție- un proces care are loc în circuite electrice la trecerea de la un mod de operare la altul. Estimată după timp ( ), timp în care parametrul care caracterizează procesul de tranziție se va modifica de e ori.
Pentru circuit cu condensator și rezistor:
.
Teoria lui Maxwell a câmpului electromagnetic:
1 pozitie:
Orice câmp electric alternativ generează un câmp magnetic vortex. Un câmp electric alternativ a fost numit curent de deplasare de către Maxwell, deoarece, ca un curent obișnuit, provoacă un câmp magnetic.
Pentru a detecta curentul de deplasare, luați în considerare trecerea curentului printr-un sistem în care este conectat un condensator cu un dielectric.
densitatea curentului de polarizare:
. Densitatea de curent este direcționată în direcția schimbării tensiunii.
Prima ecuație a lui Maxwell:
- câmpul magnetic vortex este generat atât de curenți de conducere (sarcini electrice în mișcare), cât și de curenți de deplasare (câmp electric alternativ E).
2 poziție:
Orice câmp magnetic alternativ generează un câmp electric vortex - legea de bază a inducției electromagnetice.
A doua ecuație a lui Maxwell:
- conectează viteza de schimbare a fluxului magnetic prin orice suprafață și circulația vectorului intensității câmpului electric care apare în același timp.
Orice conductor care transportă curent creează un câmp magnetic în spațiu. Dacă curentul este constant (nu se modifică în timp), atunci și câmpul magnetic asociat acestuia este constant. Un curent în schimbare creează un câmp magnetic în schimbare. Există un câmp electric în interiorul unui conductor care transportă curent. Prin urmare, un câmp electric în schimbare creează un câmp magnetic în schimbare.
Câmpul magnetic este vortex, deoarece liniile de inducție magnetică sunt întotdeauna închise. Mărimea intensității câmpului magnetic H este proporțională cu viteza de modificare a intensității câmpului electric . Direcția vectorului intensității câmpului magnetic asociate cu modificări ale intensității câmpului electric regula șurubului drept: strângeți mâna dreaptă într-un pumn, îndreptați degetul mare în direcția schimbării intensității câmpului electric, apoi cele 4 degete îndoite vor indica direcția liniilor de intensitate a câmpului magnetic.
Orice câmp magnetic în schimbare creează un câmp electric vortex, ale căror linii de tensiune sunt închise și situate într-un plan perpendicular pe intensitatea câmpului magnetic.
Mărimea intensității E a câmpului electric vortex depinde de viteza de modificare a câmpului magnetic . Direcția vectorului E este legată de direcția schimbării câmpului magnetic H prin regula șurubului stâng: strângeți mâna stângă într-un pumn, îndreptați degetul mare în direcția schimbării câmpului magnetic, patru degete îndoite vor indica direcția liniilor de intensitate ale câmpului electric vortex.
Setul de câmpuri electrice și magnetice vortex interconectate reprezintă câmp electromagnetic. Câmpul electromagnetic nu rămâne în punctul de origine, ci se propagă în spațiu sub forma unei unde electromagnetice transversale.
Undă electromagnetică– aceasta este propagarea în spațiu a câmpurilor electrice și magnetice vortex legate între ele.
Condiție pentru apariția unei unde electromagnetice– mișcarea sarcinii cu accelerație.
Ecuația undelor electromagnetice:
- frecventa ciclica vibratii electromagnetice
t – timpul de la începutul oscilațiilor
l – distanța de la sursa undei până la un punct dat din spațiu
- viteza de propagare a undelor
Timpul necesar unui val pentru a călători de la sursă la un punct dat.
Vectorii E și H dintr-o undă electromagnetică sunt perpendiculari între ei și pe viteza de propagare a undei.
Sursa undelor electromagnetice– conductoare prin care circulă curenți alternativi rapid (macroemițători), precum și atomi și molecule excitate (microemițători). Cu cât frecvența de oscilație este mai mare, cu atât mai bine radiază în spațiu undele electromagnetice.
Proprietățile undelor electromagnetice:
Toate undele electromagnetice sunt transversal
Într-un mediu omogen, unde electromagnetice se propagă cu viteză constantă, care depinde de proprietățile mediului:
- constanta dielectrică relativă a mediului
- constanta dielectrica a vidului,
F/m, CI2/nm2
- permeabilitatea magnetică relativă a mediului
- constanta magnetica a vidului,
ON 2 ; Gn/m
Undele electromagnetice reflectat de obstacole, absorbit, împrăștiat, refractat, polarizat, difractat, interferat.
Densitatea energiei volumetrice câmpul electromagnetic este format din densitățile volumetrice de energie ale câmpurilor electrice și magnetice:
Densitatea fluxului de energie a valurilor - intensitatea undei:
-Vector Umov-Poynting.
Toate undele electromagnetice sunt dispuse într-o serie de frecvențe sau lungimi de undă (
). Acest rând este scara undelor electromagnetice.
Vibrații de joasă frecvență. 0 – 10 4 Hz. Obținut de la generatoare. Radiază slab
Unde radio. 10 4 – 10 13 Hz. Ele sunt emise de conductoare solide care transportă curenți alternativi rapid.
Radiatii infrarosii– unde emise de toate corpurile la temperaturi peste 0 K, datorate proceselor intraatomice și intramoleculare.
Lumina vizibila – valuri care acționează asupra ochiului, provocând senzație vizuală. 380-760 nm
Radiația ultravioletă. 10 – 380 nm. Lumina vizibilă și UV apar atunci când mișcarea electronilor din învelișurile exterioare ale unui atom se modifică.
radiații cu raze X. 80 – 10 -5 nm. Apare atunci când mișcarea electronilor în învelișurile interioare ale unui atom se modifică.
Radiația gamma. Apare în timpul dezintegrarii nucleelor atomice.
UN CÂMP MAGNETIC
Câmpul magnetic este un fel deosebit materie, invizibilă și intangibilă pentru oameni,
existând independent de conștiința noastră.
Chiar și în cele mai vechi timpuri, gânditorii științifici au ghicit că există ceva în jurul unui magnet.
Ac magnetic.
Un ac magnetic este un dispozitiv necesar atunci când se studiază acțiunea magnetică a curentului electric.
Ea se reprezintă pe ea însăși magnet mic, montat pe varful acului, are doi poli: nord si sud.Acul magnetic se poate roti liber pe varful acului.
Capătul nordic al acului magnetic indică întotdeauna către „nord”.
Linia care leagă polii acului magnetic se numește axa acului magnetic.
Un ac magnetic similar se găsește în orice busolă - un dispozitiv de orientare.
De unde provine câmpul magnetic?
Experimentul lui Oersted (1820) – arată modul în care un conductor cu curent interacționează cu un ac magnetic.
Când circuitul electric este închis, acul magnetic se abate de la poziția inițială; când circuitul este deschis, acul magnetic revine la poziția inițială.
Un câmp magnetic apare în spațiul din jurul unui conductor care transportă curent (și, în general, în jurul oricărei sarcini electrice în mișcare).
Forțele magnetice ale acestui câmp acționează asupra acului și îl rotesc.
În general, putem spune
că un câmp magnetic ia naștere în jurul sarcinilor electrice în mișcare.
Curentul electric și câmpul magnetic sunt inseparabile unul de celălalt.
E INTERESANT CA...
Mulți corpuri cerești– planetele și stelele au propriile lor câmpuri magnetice.
Cu toate acestea, cei mai apropiați vecini ai noștri - Luna, Venus și Marte - nu au un câmp magnetic,
asemănător cu pământesc.
___
Gilbert a descoperit că atunci când o bucată de fier este adusă mai aproape de un pol al unui magnet, celălalt pol începe să se atragă mai puternic. Această idee a fost brevetată la numai 250 de ani de la moartea lui Gilbert.
În prima jumătate a anilor 90, când au apărut noi monede georgiene - lari,
hoții de buzunare locali au dobândit magneți,
deoarece metalul din care au fost făcute aceste monede a fost bine atras de un magnet!
Dacă iei o bancnotă de un dolar la colț și o aduci la magnet puternic
(de exemplu, în formă de potcoavă), creând un câmp magnetic neuniform, bucată de hârtie
se va abate spre unul dintre poli. Se pare că cerneala de pe bancnota de un dolar conține săruri de fier.
având proprietăți magnetice, astfel încât dolarul este atras de unul dintre polii magnetului.
Dacă țineți un magnet mare aproape de nivelul cu bule al unui tâmplar, bula se va mișca.
Faptul este că nivelul cu bule este umplut cu fluid diamagnetic. Când un astfel de lichid este plasat într-un câmp magnetic, în interiorul acestuia se creează un câmp magnetic în direcția opusă și este împins în afara câmpului. Prin urmare, bula din lichid se apropie de magnet.
TREBUIE SĂ ȘTIȚI DESPRE ELE!
Organizatorul afacerii busolei magnetice din Marina Rusă a fost un celebru om de știință deviator,
căpitan de rangul I, autor de lucrări științifice despre teoria busolei I.P. Belavanets.
Participant călătorie în jurul lumii pe fregata „Pallada” și participant Razboiul Crimeei 1853-56 A fost primul din lume care a demagnetizat o navă (1863)
și a rezolvat problema instalării busolei în interiorul unui submarin de fier.
În 1865 a fost numit șef al primului Observator al Busolei din Kronstadt.
Să înțelegem împreună ce este un câmp magnetic. La urma urmei, mulți oameni trăiesc în acest domeniu toată viața și nici măcar nu se gândesc la asta. Este timpul să o reparăm!
Un câmp magnetic
Un câmp magnetic- un tip special de materie. Se manifestă prin acțiunea asupra sarcinilor electrice în mișcare și a corpurilor care au propriul moment magnetic (magneți permanenți).
Important: câmpul magnetic nu afectează sarcinile staționare! Un câmp magnetic este creat și prin mișcarea sarcinilor electrice sau prin modificarea în timp câmp electric, sau momentele magnetice ale electronilor din atomi. Adică orice fir prin care trece curent devine și el magnet!
Un corp care are propriul său câmp magnetic.
Un magnet are poli numiti nord si sud. Denumirile „nord” și „sud” sunt date doar pentru comoditate (cum ar fi „plus” și „minus” în electricitate).
Câmpul magnetic este reprezentat de linii electrice magnetice. Liniile de forță sunt continue și închise, iar direcția lor coincide întotdeauna cu direcția de acțiune a forțelor câmpului. Dacă așchii de metal sunt împrăștiați în jurul unui magnet permanent, particulele de metal vor arăta o imagine clară a liniilor câmpului magnetic care ies din polul nord și intră în polul sud. Caracteristica grafică a unui câmp magnetic - linii de forță.
Caracteristicile câmpului magnetic
Principalele caracteristici ale câmpului magnetic sunt inducție magnetică, flux magneticȘi permeabilitatea magnetică. Dar să vorbim despre totul în ordine.
Să observăm imediat că toate unitățile de măsură sunt date în sistem SI.
Inductie magnetica B – vector cantitate fizica, care este principala forță caracteristică câmpului magnetic. Notat prin scrisoare B . Unitatea de măsură a inducției magnetice – Tesla (T).
Inducția magnetică arată cât de puternic este câmpul prin determinarea forței pe care o exercită asupra unei sarcini. Această forță se numește forța Lorentz.
Aici q - taxa, v - viteza sa într-un câmp magnetic, B - inducție, F - Forța Lorentz cu care câmpul acționează asupra sarcinii.
F– o mărime fizică egală cu produsul inducției magnetice prin aria circuitului și cosinusul dintre vectorul de inducție și normala la planul circuitului prin care trece fluxul. Fluxul magnetic este o caracteristică scalară a unui câmp magnetic.
Putem spune că fluxul magnetic caracterizează numărul de linii de inducție magnetică care pătrund într-o unitate de suprafață. Fluxul magnetic se măsoară în Weberach (Wb).
Permeabilitatea magnetică– coeficient care determină proprietățile magnetice ale mediului. Unul dintre parametrii de care depinde inducerea magnetică a unui câmp este permeabilitatea magnetică.
Planeta noastră a fost un magnet imens de câteva miliarde de ani. Inducerea câmpului magnetic al Pământului variază în funcție de coordonate. La ecuator este de aproximativ 3,1 ori 10 la minus a cincea putere a lui Tesla. În plus, există anomalii magnetice în care valoarea și direcția câmpului diferă semnificativ de zonele învecinate. Unele dintre cele mai mari anomalii magnetice de pe planetă - KurskȘi Anomalii magnetice braziliene.
Originea câmpului magnetic al Pământului rămâne încă un mister pentru oamenii de știință. Se presupune că sursa câmpului este miezul de metal lichid al Pământului. Miezul se mișcă, ceea ce înseamnă că aliajul topit fier-nichel se mișcă, iar mișcarea particulelor încărcate este curentul electric care generează câmpul magnetic. Problema este că această teorie ( geodinam) nu explică modul în care câmpul este menținut stabil.
Pământul este un uriaș dipol magnetic. Polii magnetici nu coincid cu cei geografici, desi sunt in imediata apropiere. În plus, polii magnetici ai Pământului se mișcă. Deplasarea lor a fost înregistrată din 1885. De exemplu, în ultima sută de ani, polul magnetic a intrat Emisfera sudica s-a deplasat cu aproape 900 de kilometri și acum este situat în Oceanul de Sud. Polul emisferei arctice se deplasează prin Oceanul Arctic către anomalia magnetică din Siberia de Est; viteza sa de mișcare (conform datelor din 2004) a fost de aproximativ 60 de kilometri pe an. Acum există o accelerare a mișcării polilor - în medie, viteza crește cu 3 kilometri pe an.
Care este semnificația câmpului magnetic al Pământului pentru noi?În primul rând, câmpul magnetic al Pământului protejează planeta de razele cosmice și vântul solar. Particulele încărcate din spațiul adânc nu cad direct pe pământ, ci sunt deviate de un magnet gigant și se mișcă de-a lungul liniilor sale de forță. Astfel, toate lucrurile vii sunt protejate de radiațiile dăunătoare.
De-a lungul istoriei Pământului au avut loc mai multe evenimente. inversiuni(modificări) polilor magnetici. inversarea polului- aici se schimbă locul. Ultima dată când a avut loc acest fenomen a fost acum aproximativ 800 de mii de ani, iar în total au existat peste 400 de inversiuni geomagnetice în istoria Pământului. Unii oameni de știință cred că, având în vedere accelerația observată a mișcării polilor magnetici, următorul pol inversarea ar trebui să fie așteptată în următoarele două mii de ani.
Din fericire, încă nu se așteaptă o schimbare a polului în secolul nostru. Aceasta înseamnă că vă puteți gândi la lucruri plăcute și vă puteți bucura de viață în câmpul constant bun al Pământului, având în vedere proprietățile și caracteristicile de bază ale câmpului magnetic. Și ca să poți face asta, există autorii noștri, cărora le poți încredința cu încredere unele dintre necazurile educaționale! și alte tipuri de lucrări puteți comanda folosind link-ul.